城市污水處理廠污泥焚燒處理的探討

魯建新,趙 銘,劉媛媛

(南通市環境監測中心站,江蘇南通 226006)

城市污水處理廠污泥焚燒處理的探討

魯建新,趙 銘,劉媛媛

(南通市環境監測中心站,江蘇南通 226006)

介紹了南通市污泥現狀,在分析傳統污泥處置方法利弊的基礎上介紹了循環流化床污泥焚燒技術。對循環流化床鍋爐進行技術改造后,將城市污水處理廠污泥進行焚燒處理,經檢測鍋爐尾氣和灰渣中重金屬等污染物指標全部合格。

循環流化床鍋爐;污泥焚燒;減量化;無害化

1 南通市污泥現狀

目前南通市污水處理日產污泥量達到 360t左右,污泥主要包括:柵渣、沉砂池沉渣、浮渣、初沉池污泥、二沉池生物污泥 (剩余活性污泥)等。

柵渣呈垃圾狀,沉砂池沉渣相對密度較大的無機固體顆粒物含量較高,兩者一般作為垃圾處理;初沉池污泥和二沉池污泥 (剩余活性污泥)因為富含有機物,容易腐化;初沉池污泥還含有病原體和重金屬化合物等;二沉池生物污泥基本上是微生物體,污泥經濃縮沉淀和機械脫水后含水率為73%～78%,并含有一定的有毒有害物質,如果處置不當,可能對生態環境造成極大危害。

對污水處理廠污泥的分析顯示其中部分指標已超過 GB4284-84《農用污泥中污染物控制標準》,已不適宜作農田施肥。同時,對照《國家危險廢物名錄》,城市污水處理廠產生的污泥不在該名錄中,不屬于危險固廢。

表 1 污泥中主要污染物含量 (mg/kg污泥)

2 傳統的污泥處置方法及其弊端

2.1 衛生填埋

污泥的衛生填埋是在傳統填埋的基礎上,經過科學選址和必要的場地防護處理,具有嚴格管理制度的科學的工程操作方法。到目前為止,已發展成為一項比較成熟的污泥處置技術,其優點是投資少、容量大、見效快。

城市污泥衛生填埋也存在許多問題,如填坑中含有的各種有毒有害物經雨水的浸蝕和滲漏作用污染地下環境,造成安全隱患。此外,適宜污泥填埋的場所因城市污泥大量的產生而越來越有限。這些因素已明顯限制了污泥填埋的應用,國外近年來污泥填埋處置所占比例越來越小,并在逐步關閉現有的污泥填埋場。

2.2 土地利用

污泥的土地利用主要包括污泥農用,污泥用于森林與園藝、廢棄礦場等場地的改良等。污泥中含有豐富的有機物和 N、P、K等營養元素以及植物生長必須的各種微量元素 Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等,施用于農田能夠改良土壤結構,增加土壤肥力,促進作物生長。污泥的土地利用是一種安全積極的污泥處置方式。

盡管污泥的土地利用有能耗低、可回收利用污泥中養分等優點,但是,污泥中也含有大量病原菌、寄生蟲 (卵)以及銅、鋁、鉻、汞等重金屬和多氯聯苯、二噁英、放射性元素等難降解的有毒有害物。一般來說,污泥要作土地處置必須經無毒無害化處理后 (控制污泥的有毒、有害物質及病原微生物,控制重金屬含量,控制單位土地污泥施用量)才能作土地利用,否則,污泥中的有毒有害物會導致土壤或水體污染。

2.3 污泥焚燒

污泥焚燒處置的優勢在于可以迅速和較大程度地使污泥減量化,近年來焚燒法由于采用了合適的預處理工藝和焚燒手段,達到了污泥熱能的自持,并能滿足越來越嚴格的環境要求,可以充分地處理不適宜于資源化利用的部分污泥。

城市污泥中含有大量的有機物和一定量的纖維素、木質素。脫水后的污泥發熱量約 836kJ/kg,摻入適量的引燃劑、催化劑、疏松劑和固硫劑等添加物配制成“合成燃料”,可作為工作爐窯或生活鍋爐的輔助燃料。這種處置方法有利也有弊,既解決了污泥的出路問題又充分地利用污泥中的能源,而且污泥不需要作滅病原菌的處理。但是,污泥中的重金屬卻隨著煙塵的擴散而污染空氣。另一方面,污泥必須保證比較低的含水率才能制作“合成燃料”,因此污泥需要脫水。

在所有的污泥處理中,焚燒方法產生的剩余最少,焚燒的另一個優越性在于無異味,可破壞全部有機質,殺掉一切病原體,并最大限度減少污泥體積。污泥處置速度快,不需長期儲存,污泥可就地焚燒,不需長距離運輸。此法適用于所有城市污泥處置,其主要缺點是投資龐大,運轉費用高昂,焚燒的成本是其他工藝的 2～4倍。

3 循環流化床的污泥焚燒技術

3.1 循環流化床焚燒技術主要優點

流化床焚燒的過程中無活動部件,持續和間歇運行中結構穩定,爐中的加熱和冷卻時間比多層流化床爐中短得多。此外流化床焚燒爐的耐火墻也簡單得多,無需金屬部件 (例如多層床焚燒爐和多層流化床焚燒爐的中心軸)的冷卻。循環流化床鍋爐的燃燒方式較為合理,運行溫度低于其它類型的焚燒爐,可降低氮氧化物的產生量,煙氣中重金屬排放量低。

3.2 污泥焚燒方案

將循環流化床鍋爐改造為可焚燒污泥型爐,污泥噴入爐膛內焚燒區,控制爐膛內溫度 950℃左右,煙氣在爐內停留時間不少于 3s,此外還有脫硫劑石灰石作為吸收劑,因此循環流化床鍋爐從根本上破壞了有毒氣體的產生環境,可保證有機物的充分分解和完全燃燒。煤經斗式提升機和螺旋給料機加入爐內燃燒,為有機物的熱解提供熱量,同時煤/固廢燃燒后生成的爐渣可補充床料損失。燃燒過程中產生的爐渣經振動排渣系統排出,隨煙氣帶出的細灰由尾部除塵裝置處理。由此可見,循環流化床鍋爐也是最適合污泥焚燒的一種爐型。

圖 1為污泥焚燒處置工藝流程:污水廠將脫水污泥用車輛運送倒入污泥池,池底料倉出口接預壓螺旋,不斷將污泥擠壓送至污泥輸送泵,再由泵送出至污泥輸送管道。管道接至鍋爐爐膛,污泥分若干路通過噴嘴進入爐膛,與燃料直接混合燃燒,產生的煙氣和殘渣經鍋爐原有的煙道和排渣裝置排出。

3.3 主要物料消耗

污水廠初步脫水后的污泥含水量為 73%～78%,高位發熱量為 2000～3000kcal/kg,在燃燒過程中還要吸收一定的爐膛熱量,故污泥與煤較理想的燃燒比例為 20%,1臺 75t/h循環流化床鍋爐1d焚燒污泥量約 90～100t。

鍋爐摻燒污泥后,要維持鍋爐額定蒸發量不變,運行參數需作相應調整。同時由于污泥含水率高、熱值低,焚燒過程中需吸收熱量,導致用煤量增加,據測算年處置 7萬 t污泥時,增加用煤量約 0.35萬 t。

4 污泥焚燒 (無害化)處理實例

南通觀音山環保熱電有限公司投資 1200萬元對觀音山熱電 3臺 75t/h循環流化床鍋爐進行改造,利用循環流化床鍋爐直接焚燒脫干污泥,對南通市域污泥進行無害化處理。

經檢測,污泥焚燒產生的特征污染物鉛、鎘、汞的排放濃度均符合《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB18484-2001)中標準,監測數據見表 2。

表 2 特征污染物排放結果 (mg/m3)

5 結語

目前各地基本建有熱電廠,且熱電廠一般位于工業園區內,通過技術及資金扶持,激發熱電廠的積極性,將循環流化床鍋爐改造為可焚燒污泥型爐,能夠徹底解決污水廠污泥的出路問題,同時該工藝因不需征地、不需單獨建焚燒爐等特點,最大化地實現了社會效益和經濟效益,作為對城市污水廠污泥處置方式的重要補充,是一種值得推廣的污泥處置方法。

[1]路春美,程世慶,王永征.循環流化床鍋爐設備及運行[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2]林陽,張瑾.沈陽市污水處理廠污泥處置現狀及對策 [J].環境保護科學,2009,35(2).

[3]張翔,宋麗華.城市污水處理廠污泥焚燒處理的探討 [J].安徽化工,2006,(5).

[4]楊敏,汪磊.循環流化床鍋爐在污泥焚燒中的工藝特性的研究 [J],鍋爐制造,2008,(4).

Discussion on Disposal of Sludge of Urban We wage Treatment Plant by Incineration Processing

LU Jian-xin,ZHAO Ming,LIU Yuan-yuan
(Nantong Environmental Monitoring Station,Nantong Jiangsu 226006 China)

The present situation of sludge from urban sewage treatment plant is introduced as well as the circulating fluidized bed incineration method based on analyzing the advantages and disadvantages of typical sludge treatment technique.The circulating fluidized bed incineration is modified to dispose the sludge of urban sewage treatment plan.All the pollutants from the tail gas from the boiler can reach the standard.

circulating fluidized bed incineration;sludge incineration;reduction;harmless

X705

A

1673-9655(2010)02-0060-03

2009-10-14

魯建新 (1966-),男,高級工程師,主要從事環境監測工作。